Changes in the composition of the indoor bioaerosol as a result of the ozonation process carried out under different ventilation air flow rate

• Autorzy: Mucha, Walter , Zabłocka-Godlewska, Ewa , Mierzejowska, Aleksandra , Borkowski, Alex , Bieniek, Aleksandra , Biskup, Kinga , Foit, Kamil , Hulboj, Karolina , Krawczyk, Kamil

Warianty tytułu

PL

Zmiany składu bioaerozolu w pomieszczeniu w wyniku procesu ozonowania prowadzonego przy różnych wartościach strumienia wentylacji

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The microbial composition of indoor bioaerosol is very important for the health and well-being of occupants of these spaces. The efficiency of the ventilation system is crucial in providing proper quality of that. The study aimed to assess the impact of the ozonation carried out under a changeable ventilation air flow rate on airborne microflora. Studies were conducted in a chemical laboratory with four-level force mechanical ventilation. An ozone generator with an efficiency of 1000 g O₃/min was used. The impact method was used for the sampling of airborne bacteria and fungi. The number of psychrophilic, mesophilic bacteria and fungi was estimated as CFU/m³. For the growth of bacteria and fungi TSA and Sabouraud medium was used respectively. Temperature, relative humidity (RH), volumetric air flow rate (VFR), and ozone concentration were measured. The average minimum ozone concentration reached after 20 minutes of work of one ozone generator was 0.23 ppm (VFR 0.036 m³/s) and the average maximum concentration was 0.585 ppm (VFR 0.004 m³/s) which resulted in the reduction of number of mesophiles 31.7%, 70.2% and psychrophiles 32.7%, 75.3% respectively. After simultaneous work of two ozone generators the average ozone concentration was 0.96 ppm (VFR 0.122 m³/s) resulted in disinfection efficiency 43.5% and 9.7% respectively. It was difficult to find any tendency of elimination of fungi. The increase of RH of air cause increase the ozonation efficiency towards the airborne fungi, which was not observed in the case of bacteria. The results of disinfection efficiency carried out in the real conditions showed that the number of the airborne bacteria detected after ozonation depended on the biocidal effect of ozone concentration as well as the value of the VFR and time of exposition.

PL

Mikrobiologiczny skład bioaerozolu pomieszczeń istotnie wpływa na zdrowie i dobre samopoczucie ich użytkowników. Kluczowe znaczenie w utrzymaniu wysokiej jakości powietrza odgrywa sprawność wentylacji. Celem pracy była ocena wpływu ozonowania prowadzonego przy zmiennym natężeniu strumienia wentylacji na skład mikroflory powietrza. Badania przeprowadzono w laboratorium chemicznym z czterostopniową wymuszoną wentylacją mechaniczną. Zastosowano generator ozonu o wydajności 1000 g O₃/min. Próby bioaerozolu bakteryjnego i grzybowego pobierano metodą zderzeniową. Do hodowli bakterii mezofilnych i psychrofilnych wykorzystano podłoże TSA, grzybów agar Sabouraud. Stężenie mikroorganizmów w powietrzu podano jako CFU/m³ powietrza. W trakcie badań mierzono temperaturę, wilgotność względną (RH), objętościowe natężenie przepływu powietrza (VFR) i stężenie ozonu. Średnie minimalne stężenie ozonu osiągnięte po 20 minutach pracy jednego generatora ozonu wyniosło 0,23 ppm (VFR 0,036 m³/s), a średnie maksymalne 0,585 ppm (VFR 0,004 m³/s), co spowodowało spadek liczebności odpowiednio mezofili o 31,7%, 70,2% i psychrofili o 32,7%, 75,3%. Jednoczesne użycie dwóch generatorów ozonu pozwoliło na uzyskanie średniego stężenie ozonu na poziomie 0,96 ppm (VFR 0,122 m³/s), co przełożyło się na skuteczność dezynfekcji odpowiednio 43,5% i 9,7%. Trudno było stwierdzić jakiekolwiek tendencje w eliminacji grzybów. Stwierdzono jednak, że wraz ze wzrostem wilgotności względnej powietrza zwiększała się skuteczność ozonowania względem grzybów, czego nie stwierdzono jednoznacznie w przypadku bakterii. Wyniki skuteczności dezynfekcji przeprowadzone w warunkach rzeczywistych wykazały, że stężenie bakterii w powietrzu po ozonowaniu zależało od biobójczego działania stężenia ozonu, wartości VFR i czasu ekspozycji.

Słowa kluczowe

PL

bioaerozol; ozonowanie; dezynfekcja; jakość powietrza; powietrze wewnętrzne; wentylacja mechaniczna; mikroorganizmy przenoszone drogą powietrzną; bakterie; grzyby

EN

bioaerosol; ozonation; disinfection; air quality; indoor air; mechanical ventilation; airborne bacteria; airborne fungi

• Czasopismo: Instal
• Rocznik: 2024
• Tom: nr 4
• Strony: 25--31
• Opis fizyczny: Bibliogr. 31 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Mucha, Walter

• The Silesian University of Technology, Faculty of Energy and Environmental Engineering, Department of Air Protection, Gliwice, Poland,

autor

Zabłocka-Godlewska, Ewa

• The Silesian University of Technology, Faculty of Energy and Environmental Engineering, Department of Air Protection, Gliwice, Poland

autor

Mierzejowska, Aleksandra

• The Silesian University of Technology, Faculty of Faculty of Mining, Safety Engineering and Industrial Automation, Department of Geoengineering and Raw Materials Extraction, Gliwice, Poland

autor

Borkowski, Alex

• The Silesian University of Technology, Gliwice, Poland (student)

autor

Bieniek, Aleksandra

• The Silesian University of Technology, Gliwice, Poland (student)

autor

Biskup, Kinga

• The Silesian University of Technology, Gliwice, Poland (student)

autor

Foit, Kamil

• The Silesian University of Technology, Gliwice, Poland (student)

autor

Hulboj, Karolina

• The Silesian University of Technology, Gliwice, Poland (student)

autor

Krawczyk, Kamil

• The Silesian University of Technology, Gliwice, Poland (student)

Bibliografia

• [1] E. Grignani et al., “Safe and Effective Use of Ozone as Air and Surface Disinfectant in the Conjuncture of Covid-19,” Gases, vol. 1, no. 1, pp. 19-32, Dec. 2020, doi: 10.3390/gases1010002.
• [2] Z. Makles and M. Galwas-Zakrzewska, “Ozon bezpieczeństwo ludzi i środowiska,” Bezpieczeństwo Pracy: nauka i praktyka, vol. nr 6, pp. 25-28, 2004.
• [3] K. Rangel et al., “Detrimental effect of ozone on pathogenic bacteria,” Microorganisms, vol. 10, no. 1, Jan. 2022, doi: 10.3390/microorganisms10010040.
• [4] M. Remondino and L. Valdenassi, “Different uses of ozone: Environmental and corporate sustainability. Literature review and case study,” Sustainability (Switzerland), vol. 10, no. 12, Dec. 2018, doi: 10.3390/su10124783.
• [5] K. Mocny-Pachońska, A. Kuśka-Kiełbratowska, D. Skaba, M. Wójcik, K. Janowska-Bogacz, and M. Tanasiewicz, “The efficacy of using ozone in dentistry - review,” Annales Academiae Medicae Silesiensis, vol. 73, pp. 69-73, Apr. 2019, doi: 10.18794/aams/91133.
• [6] A. Sobczyńska-Rak, B. Żylińska, I. Polkowska, P. Silmanowicz, and T. Szponder, “Use of ozone in medicine and veterinary practice,” Med Weter, vol. 74, no. 1, pp. 5974-2018, Jul. 2018, doi: 10.21521/mw.5974.
• [7] J. Stadnik et al., “Substancje bioaktywne w surowcach i produktach spożywczych: systemy produkcji i pakowania żywności zapewniające ich zachowanie w łańcuchu żywnościowym,” 2022, doi: 10.24326/mon.2022.5 doi.
• [8] M. Sharma and J. B. Hudson, “Ozone gas is an effective and practical antibacterial agent,” Am J Infect Control, vol. 36, no. 8, pp. 559-563, Oct. 2008, doi: 10.1016/j.ajic.2007.10.021.
• [9] E. I. Epelle, M. Yaseen, A. Macfarlane, M. Cusack, A. Burns, and L. Rolland, “Automation of Large-Scale Gaseous Ozonation: A Case Study of Textile and PPE Decontamination,” Sustainability (Switzerland), vol. 15, no. 3, Feb. 2023, doi: 10.3390/su15032216.
• [10] J. H. Batagoda, S. D. A. Hewage, and J. N. Meegoda, “Nano-ozone bubbles for drinking water treatment,” Journal of Environmental Engineering and Science, vol. 14, no. 2, pp. 57-66, Dec. 2018, doi: 10.1680/jenes.18.00015.
• [11] A. Khurana, Ozone Treatment for Prevention of Microbial Growth in Air Conditioning Systems. University of Florida, 2003.
• [12] “AQI Breakpoints,” EPA. Accessed: Jul. 31, 2023. [Online]. Available: https://aqs.epa.gov/aqsweb/documents/codetables/aqi_breakpoints.html
• [13] R. Botondi, M. Barone, and C. Grasso, “A review into the effectiveness of ozone technology for improving the safety and preserving the quality of freshcut fruits and vegetables,” Foods, vol. 10, no. 4. MDPI AG, Apr. 01, 2021. doi: 10.3390/foods10040748.
• [14] C. Westover et al., “Ozone Disinfection for Elimination of Bacteria and Degradation of SARS-CoV2 RNA for Medical Environments,” Genes (Basel), vol. 14, no. 1, Jan. 2023, doi: 10.3390/genes14010085.
• [15] K. Piletić et al., “Ozone disinfection efficiency against airborne microorganisms in hospital environment: a case study,” Arh Hig Rada Toksikol, vol. 73, no. 4, pp. 270-276, Dec. 2022, doi: 10.2478/aiht-2022-73-3651.
• [16] G. Petry, L. G. Rossato, J. Nespolo, L. C. Kreutz, and C. D. Bertol, “In Vitro Inactivation of Herpes Virus by Ozone,” Ozone Sci Eng, vol. 36, no. 3, pp. 249-252, 2014, doi: 10.1080/01919512.2013.862165.
• [17] B. Fontes et al., “Effect of low-dose gaseous ozone on pathogenic bacteria,” BMC Infect Dis, vol. 12, Dec. 2012, doi: 10.1186/1471-2334-12-358.
• [18] L. H. Tu et al., “Study of ozone disinfection in the hospital environment,” Vietnam Journal of Chemistry, vol. 58, no. 4, pp. 565-568, Aug. 2020, doi: 10.1002/vjch.202000042.
• [19] G. Moore, C. Griffith, and A. Peters, “Bactericidal properties of ozone and its potential application as a terminal disinfectant,” J Food Prot, vol. 63, no. 8, pp. 1100-1106, 2000, doi: 10.4315/0362-028X-63.8.1100.
• [20] J. B. Hudson, M. Sharma, and S. Vimalanathan, “Development of a practical method for using ozone gas as a virus decontaminating agent,” Ozone Sci Eng, vol. 31, no. 3, pp. 216-223, May 2009, doi: 10.1080/01919510902747969.
• [21] B. Kołwzan, W. Adamiak, K. Grabas, and A. Pawełczyk, Podstawy mikrobiologii w ochronie środowiska. Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, 2005.
• [22] H. Niculita-Hirzel, S. Yang, C. H. Jörin, V. Perret, D. Licina, and J. G. Pernot, “Fungal contaminants in energy efficient dwellings: Impact of ventilation type and level of urbanization,” Int J Environ Res Public Health, vol. 17, no. 14, pp. 1-15, Jul. 2020, doi: 10.3390/ijerph17144936.
• [23] M. Żak and E. Melaniuk-Wolny, “Jakość powietrza w obiektach basenowych w świetle występowania lotnych DBP Air quality in swimming pool facilities in consideration of the occurrence of volatile DBPs,” Instal, vol. 1/2023, 2023, doi: 10.36119/15.2023.1.4.
• [24] A. Trusz, “Redukcja zanieczyszczenia mikrobiologicznego w pomieszczeniach z zastosowaniem lampy przepływowej z promieniowaniem UV-C Reduction of microbial contamination in rooms with the use of a flow lamp with UV-C radiation,” Instal, vol. 12/2021, 2021, doi: DOI 10.36119/15.2021.12.5.
• [25] M. Szczotko, I. Orych, Ł. Mąka, and J. Solecka, “Ocena skuteczności różnych typów urządzeń przeznaczonych do oczyszczania powietrza w zakresie redukcji bakterii i grzybów w powietrzu wewnętrznym w warunkach rzeczywistych. Evaluation of the efficiency of different types of air purification devices in scope of reducing the total number of bacteria and fungi in indoor air in real conditions,” Instal, vol. 1/2023, 2023, doi: DOI 10.36119/15.2023.1.3.
• [26] E. I. Epelle et al., “Ozone application in different industries: A review of recent developments,” Chemical Engineering Journal, vol. 454. Elsevier B.V., Feb. 15, 2023. doi: 10.1016/j.cej.2022.140188.
• [27] “OF THE EUROPEAN PARLIAMENT AND OF THE COUNCIL of 16 December 2008 on classification, labelling and packaging of substances and mixtures, amending and repealing Directives 67/548/EEC and 1999/45/EC, and amending Regulation (EC) No 1907/2006 (Text with EEA relevance),” 2009.
• [28] K. Misawa, T. Nishimura, S. Kashimura, and N. Hasegawa, “Inactivation of nontuberculous mycobacteria by gaseous ozone treatment,” Journal of Infection and Chemotherapy, vol. 29, no. 6, pp. 628-630, Jun. 2023, doi: 10.1016/J.JIAC.2023.03.004.
• [29] E. I. Epelle et al., “Bacterial and fungal disinfection via ozonation in air,” J Microbiol Methods, vol. 194, Mar. 2022, doi: 10.1016/j.mimet.2022.106431.
• [30] E. S. Neves et al., “Field trial assessing the antimicrobial decontamination efficacy of gaseous ozone in a public bus setting,” Science of the Total Environment, vol. 876, Jun. 2023, doi: 10.1016/j.scitotenv.2023.162704.
• [31] N. Mazur-Panasiuk, P. Botwina, A. Kutaj, D. Woszczyna, and K. Pyrc, “Ozone treatment is insufficient to inactivate SARS-CoV-2 surrogate under field conditions,” Antioxidants, vol. 10, no. 9, Sep. 2021, doi: 10.3390/antiox10091480.

Uwagi

The research is financed by the statutory research of the Faculty of Environmental and Energy Engineering of the Silesian University of Technology and the Excellence Initiative - Research University, Project Based Learning (PBL) Silesian University of Technology.

Identyfikatory

DOI

10.36119/15.2024.4.3